葉片型線對螺旋離心油泵性能的影響

日期: 2019-11-24  0:00:00    瀏覽數: 285    信息來源:     作者:

葉片型線是離心泵葉輪流麵與葉片厚度中分麵或葉片工作麵的交線。葉片型線是決定葉片實際形狀的重要幾何要素。葉片型線通過改變葉片表麵流體動力負荷來決定離心泵水力性能。一般可以通過三種方式改變葉片型線:

⑴固定葉片進口角,改變出口角和包角;

⑵固定葉片出口角和包角,改變進口角;

⑶固定葉片進口角和出口角,改變包角。

以離心泵為例,以離心油泵為例,對種改變葉片型線的方式進行過實驗研究。本文以65Y60型離心油泵為例,對第二種改變葉片型線的方式進行實驗研究,旨在檢查第二種改變葉片型線的方式對離心油泵性能的影響,驗證準三元葉片設計理論與方法是否有效。首先采用準三元葉片設計方法以反問題方式設計兩個葉片進口附近型線不同的三元葉輪,設計時保持葉片軸麵形狀與原來的一元葉輪相同。然後將它們和原來的一元葉輪分別放入同一個泵體進行不同粘度下的性能實驗,考察不同粘度下葉片型線對性能影響規律,為離心油泵葉輪水力設計提供依據。



葉片設計方法與型線

葉片設計方法本文采用基於葉片骨麵(渦麵)的準三元葉片設計理論與方法設計離心油泵葉片。設計時認為液體是理想流體,葉片骨麵就是渦麵。渦麵上有附著(束縛)渦。渦麵與S2rn流麵形狀相同。嚴格地說,流動滑移前渦麵與S2,m流麵形狀相同,流動滑移後渦麵與S2m流麵形狀不相同,需要按一定的假設規律修正。借助於分析S2rn流麵流動與造型以後的葉片之間的不斷迭代,設計出葉片骨麵,後加厚骨麵得到三維實體葉片。詳細情況見。


  準三元葉片設計方法由計算機完成。采用VisualBasic5.0麵向對象的可視化語言編寫了葉輪準三元流動分析程序和準三元葉片設計程序。


  葉輪準三元流動分析程序包括貼體坐標生成程序和流場計算兩個程序,它主要用於計算現有一元葉輪的內部流場,對流場進行診斷。


  準三元葉片設計程序主要用於葉輪改型設計。


  (背麵)壓力差與當地平均相對流速的速度頭之比,利用Bern貨讓方程也負荷係數可以化簡為沈加咖pubi油噸Huse.(a)前蓋板大負荷差隨扭角的變化利用該程序可以根據給定的離心泵設計參數,設計出葉輪軸麵流道,計算出葉片形狀,直到畫出葉片剪裁圖。同時還可以顯示流場信息,以便修正設計,實現對設計過程的全程控製。由於程序設計時采用了麵向對象的可視化語言,所以程序有友好簡明的操作界麵,大大提高了設計效率。


  2.2葉片型線準三元設計時,保持葉輪軸麵尺寸與形狀、葉片數和出口部分20°包角範圍型線不變,僅僅改變葉片進口附近的形狀。設計流量Q=32m3/h,揚程H=60m,轉速n =2950r/min.給出了原一元葉輪1D和新設計的兩個三元葉輪3D-1、3D-2在前後蓋板流麵上的葉片工作麵型線。表示前後蓋板流麵上葉片型線的切線方向與葉輪旋轉相反方向夾角,即葉片角,隨軸麵流線長Lm的變化關係。由、2可見,一元葉輪1D與三元葉輪3D-1、3D-2葉片進口附近的型線明顯不同。對於一元葉輪,前後蓋板流麵上葉片角都是先增加,然後減小。對於三元葉輪,前蓋板流麵上葉片角是先減小,而後增加;後蓋板流麵上葉片角是先增加,而後減小。這是一元葉輪與三元葉輪葉片型線的主要差別。


  葉片角的變化2.3葉片表麵流體動力負荷係數為了說明葉片型線對葉片水力性能的影響,計算了一元葉輪內部理想流體的流動,同時也將三元葉輪設計過程中的流場信息提取出來,畫出葉片表麵流體動力負荷係數沿無量綱葉片長Lb的分布曲線,。負荷係數是葉片壓力麵(工作麵)與吸力麵麵的相對流速,W表示S2m流麵上的平均相對流速。負荷係數越大,葉片壓力麵與吸力麵壓力差越高,葉片對液體做功越多,壓力麵相對流速越低,逆壓力梯度增大,越容易引起脫流。不同流麵上的負荷係數不相等則不同流麵上葉片對液體做功不相等,壓力沿葉片寬度方向發生變化,容易引起葉片寬度方向和平行於蓋板方向的流動,即二次流動,產生附加水力損失,導致泵性能下降。由可知,無論一元葉輪還是三元葉輪,其前蓋板流麵上的負荷係數隨葉片角變化不大,但是後蓋板流麵上的負荷係數角變化很大,並且葉片角越大,葉片負荷係數越大。因此,後蓋板流麵上的負荷係數分布可能對葉片水力性能產生較大影響。


  (b)後蓋板葉片負荷係數變化為了表示葉片型線對8葉片表麵流體動力負荷係數的影響作用,本文規定6兩個新概念,即葉片扭角4和大負荷差。葉片扭角表示後蓋板流麵上大葉2片角與相同半徑處前蓋板流麵上葉片角之差,用△卩表示,即葉片扭角,表示葉片扭曲程度。AP越大,表示前後蓋板流麵之間葉片型線差別越大,即葉片扭曲越大;△P=0表示葉片沒有扭曲,是圓柱形葉片。


  大負荷差表示後蓋板流麵上大葉片負荷係數與相同半徑處前蓋板流麵上負荷係數之差,用△Cw表示大負荷差越大,前後蓋板流麵之間的壓力差越大,越容易引起二次流。表示大負荷差隨葉片扭角的變化關係。由圖可見,扭角△卩越大,大負荷差ACw也越高,因此可以通過扭角A卩控製葉片水力性能。對一定的比轉速葉輪,應該存在使葉輪水力性能好的優葉片扭角AP. 3實驗結果與討論為了檢驗葉片型線對離心油泵性能的影響,建立了離心油泵輸送水和粘油時性能實驗台。與普通離心泵性能實驗裝置不同的是該裝置安裝了油溫控製係統,以便控製粘油溫度,改變粘油粘度。實驗表明,該裝置的流量、揚程、軸功率和效率的測量精度0.898在運動粘度v分別為1cSt(水)、29、45、75、98、134、188、255cSt(油)的條件下,分別對上述三個葉輪進行了性能實驗。


  分別表示在優工況揚程HBEP和效率lax隨流量Q的變化關係。當粘度低於35cSt時,一元葉輪1D的揚程和效率都比三元葉輪3D-1、3D-2高;當粘度高於35cSt時,三元葉輪3D-1揚程和效率超出了一元葉輪1D,表現出良好的性能;但三元葉輪3D-2僅在個別粘度下揚程高於一元葉輪1D,而且其效率也比一元葉輪1D提高很少。因此,三元葉輪3D-2性能比一元葉輪1D沒有明顯優勢。由前麵可知,三元葉輪3D-2葉片進口扭曲比3EK大,其葉片進口附近可能產生旋渦,引起不同粘度下流態的改變,使優工況揚程出現波動。由此可見,適當增大葉片進口扭曲,即增大葉片扭角,可以提高離心油泵輸送粘油的水力性能。


  表示一元葉輪1D與三元葉輪3EK分別輸送運動粘度為1cSt(水)、98和255cSt(油)時泵輪效率n的對比。輸送清水(cSt)時三元葉輪3D-1效率比一元葉輪1D低1左右;但是隨著被輸送液體粘度的提高,三元葉輪3D-1效率逐漸超過一元葉輪1D.當輸送粘度為98cSt和255cSt粘油時,效率提高2和4,大流量提高更多,有較明顯的節能效果。


  說明新設計的三元葉輪3D-1葉片的進口扭曲規律很好地適應了粘油流場,應用準三元葉片設計理論設計離心油泵葉片有效果。


  表示優工況效率隨葉片扭角的變化關係。隨著被輸送液體粘度的增加,優葉片扭角有逐漸增大的趨勢。當粘度較低時,優葉片扭角為4°左右;當粘度較高時,優葉片扭角為14°左右。也4結論利用準三元葉片設計方法設計了比轉速為46的65Y60型離心油泵葉片,研究了葉片型線對性能的影響,提出了葉片扭角和大負荷差兩個新概念,得到不同粘度下優葉片扭角。得到如下結論:編製的貼體坐標係下的有限差分法離心泵準三元流動分析程序和葉片設計程序能夠分析離心葉輪內部流動和設計離心泵葉片。


  葉片進口附近的型線對離心油泵的性能有較大影響。


  葉片扭角越大,前後蓋板流麵上的葉片表麵流體動力負荷相差也越大;通過葉片扭角,可以控製兩流上的葉片負荷差,從而控製葉輪內部二次流。


  被輸送液體運動粘度低於35cSt時,優葉片扭角為3°~5°;當粘度高於30cSt時,優葉片扭角為10.~15°三元葉輪效率比原有一元葉輪效率提高24,有較明顯的節能效果。